公路泡沫轻质土路基施工技术分析

公路泡沫轻质土路基施工技术分析

潘关生

广州公路工程集团有限公司  510075

摘要：随着我国经济发展脚步的加快，公路工程建设规模不断扩大，由于我国地质复杂给工程建设带来严峻挑战，但同时也促使各种新型施工技术应用而生。现阶段，泡沫轻质土技术在得到广泛应用。基于此，文章就高速公路软土地基施工中泡沫轻质土的应用方法展开研究。经实践论证，泡沫轻质软土路基可以有效规避桥头跳车现象出现，值得推广与应用。

关键词：公路工程；泡沫轻质土；施工技术

引言

软土地质构造一般具有低强度和低渗透性等特点，随着高速公路车辆载荷的不断增加，对于高速公路车辆日常通行的安全性带来一定隐患。为此，应充分重视高速公路施工中软土路基的工后沉降情况。目前，在高速公路施工中较为常见的做法是通过对地基改良和优化的方式来减少工后沉降，但对于软土较深的区域而言，其工程量大、造价高、施工周期长，且最终的处理效果不是十分理想。而泡沫轻质土是通过物理方式将发泡剂的水溶液制备成泡沫，并与水泥基胶凝原料、水、拌和料以及外加剂按一定配比进行混合搅拌，最终形成一种工程性能较为优良的轻质施工材料。本文将泡沫轻质土应用到高速公路的路基填筑施工中，为有效控制软土区域高速公路路基的沉降开辟了新的研究思路。

1概述

1.1泡沫轻质土的优势

和传统的填充材料相比，泡沫轻质土被广泛应用到高等级公路施工中，可克服传统材料的弊端，带来以下优势。（1）泡沫轻质土具有不可压缩性和轻质高强的性质，所以能起到较好的沉降控制，尤其在不均匀沉降的控制中。在进行填充材料置换时可明显降低地基的应力。（2）泡沫轻质土具有高流动性，因此施工更加方便高效，能大幅缩短施工周期，降低工程整体成本和后期维修成本。具体表现为传统填充材料需要修建施工通道，既浪费了时间也浪费了大量的人力物力，而泡沫轻质土不需要修建施工通道，准备时间较短，可直接利用泵输送到施工现场。（3）泡沫轻质土可进行连续不间断地施工，而且不用碾压和路基填筑，而传统路基填筑施工至少需要几个月的时间才能完成，与传统施工相比，泡沫轻质土施工只需要1~2个月的时间。（4）泡沫轻质土可以垂直施工，施工作业面较小，能有效节约挡土结构并减少桥跨，或避免在部分地段出现高压线等问题。在传统填筑施工时存在不少隐蔽性工程，难以及时发现质量问题，而泡沫轻质土施工大多数都不是隐蔽工程，所以更容易进行施工控制，可有效保证施工质量。

1.2泡沫轻质土在路基处理中的适应性分析

1.2.1路基填筑

由于泡沫轻质土的重量较轻，在应用过程中可有效缩减地基内的水平位移、竖向位移与附加应力等；泡沫轻质土还有极强的刚度，受外界影响较小，在进行路基填筑后可切实提升路基质量，缓和内部的沉降变化，改善施工效率，缩减项目施工工期，降低整体造价。

1.2.2公路延展

在加宽公路的过程中新旧路基会发生不同程度的沉降差异或形成拆迁问题，施工人员可将泡沫轻质土应用到此类公路加宽项目中。如需增强泡沫轻质土的使用效果，施工人员应主动了解其内部性能，基于其轻质性特征，将有效缩减公路路基沉降，新筑路基只需简单处理就能达到相关要求。

1.3泡沫轻质土路基的特点

1.3.1轻质性与强度的可调性

从本质上分析，泡沫轻质土指的是以水泥、胶凝、发泡剂水溶液为材料进行混合而成的一种物质，其内部存在大量闭合微小胶质气泡，而且所有气泡间无互通现象，所以材料容重比较小，能够减小路基的荷载，严格控制工后路基沉降现象。此外，通过合理地优化轻质土不同成分比例，能够实现其强度的调整，从而满足不同路基强度的实际需要。

1.3.2便捷性

泡沫轻质土主要以搅拌站与管道进行制作运输，能够实现自流平与自硬化，无需展开碾压与振捣施工，能够实现小空间或是长距离施工，而且施工效率比较高。当浇筑施工结束之后，，正常固化时间大约为4ｈ，且不会对挡土墙结构造成影响。

1.4泡沫轻质土的构成与工艺

将固化剂、气泡、水等加入到原料中，添加适量的添加剂，可得到一种新型材料。（1）原料土。原料土一般没有过高的要求，但在制作过程中，必须搅拌足够均匀，且最大粒径≤5mm，如果原料粒径达不到相应的规范要求，需要对其进行筛分处理，去掉粒径过大的原料，以保证泡沫轻质土的流动性。（2）固化剂。固化剂主要有主剂和辅剂两种，作用也有所不同，主剂主要起骨架作用，辅剂的主要作用是加速凝结。水泥是最常应用的主剂，在应用辅剂时，必须综合考虑配置过程中的物理和化学反应，保证通过辅剂的应用提升主剂的利用率，进而有效节省项目施工的总成本。（3）发泡剂。发泡剂通常指具有一定活动的物质，经过适当的稀释后，和压缩空气充分混合后，在发泡装置中形成相应的气泡添加剂。

2施工控制

2.1控制指标

为使路基泡沫轻质土施工的整体质量得到可靠保障，在施工阶段，采取“四定”措施，即定机、定人、定岗、定责。重要的施工机械设备，均由具备相应资格证的人员操作，严禁无证操作；要确保机械设备具有良好的性能，定期维护保养，发现故障及时维修，避免因机械问题影响质量的情况发生；要对用于泡沫轻质土制备的所有原材料全面检验，保证材料质量合格，并满足相关规定要求，不同批次的原材料使用前应抽样检查，确认合格后方可使用；可将泡沫轻质土的湿容重、流动值以及气泡密度等作为主要的控制指标，其中湿容重和流动值的检测频率为4次/d，检测方法为抽检，气泡密度的检测频率为2次/d，检测方法也为抽检。

2.2试验检测

当泡沫轻质土固化之后，要检测其抗压强度，具体做法如下：在出料口制取10cm见方的试块，以三个为一组，记录湿容重，并在每个工作日检测试块强度，做7d和28d龄期抗压强度检测，看结果是否与现行规范标准要求相符。

3泡沫轻质土在公路路基施工中的应用

3.1施工准备

3.1.1泡沫轻质土材料的配制

在配制泡沫轻质土时，所用原材料均应满足现行相关标准中的技术指标要求。（1）在选择发泡剂时，应遵循保护生态环境的原则，选择一些界面活性类发泡剂，发泡倍率宜大于20，气泡群密度宜为（50±2）kg/m3，1h标准气泡柱的沉降距宜小于10mm，1h标准气泡柱的破裂泡沫所分泌出的水量即泌水量宜小于80mL。（2）宜采用强度等级为42.5的通用硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥。通用硅酸盐水泥的性能指标应符合《通用硅酸盐水泥》（GB175—2020）的相关规定，硫铝酸盐水泥的性能指标应符合《硫铝酸盐水泥》（GB20472—2006）的相关规定。（3）所选择的拌和用水的性能指标应符合《混凝土用水标准》（JGJ63—2006）的相关规定，可采用饮用水、河流水、湖库水、冰川水、沼泽水及再生水等清洁水，不得使用受污染的水或pH过高的水质，以及容易引起消泡或导致泡沫轻质土浆液下沉的水。（4）掺合材料也应符合国家相关标准规定。笔者主要探讨的是发泡剂与水泥净浆的掺配问题。

3.1.2现场准备

为给泡沫轻质土施工创造有利条件，施工开始前，要对场地全面清理，将基底的杂物、积水清除干净，检查施工用水、用电、设备及材料是否到位；在施工场地相应的位置处搭建泡沫轻质土拌和站，备齐现浇挡板所用的钢筋、模板等材料；要求单套发泡装置的产能达到60m³/h以上，单台水泥浆输送泵的产能不低于30m³/h。

3.2确认设计方案

在使用泡沫轻质土前，施工人员应确定合适的施工方案，施工计划应合理、科学，与项目建设标准相符，具体来看，可实行基底清理、机械设备的调试与安装、与轻质土路基边线相关的测量放线、安装施工模板、搅拌与浇筑轻质土、拆除模板后开展此类土质的养护等，提升泡沫轻质土的使用质量。无论桩板施工还是抗滑桩施工都会用到多种大型机械设备，其内部的成孔施工会给项目质量带来极大的不确定性，降低了风险控制的概率，因此，项目管理人员在权衡了材料、工程量、造价与工期等多方面要素后才能确定泡沫轻质土施工方案。

3.3泡沫轻质土制作

根据配合比要求采用专业设备制作水泥浆，然后通过软管泵送到中继站。试验路段属于高填方纵坡段，结合设计内容与要求，为了增强高填方路基结构的安全性与稳定性，控制施工后路基沉降，需要保证此段泡沫轻质土路基的28ｄ后抗压强度≥1.2MPａ，所以应对配合比进行合理调整，实现泡沫轻质土湿密度与流值的优化，从而保证符合设计规定要求。泡沫轻质土输送如果泡沫轻质土直接选择泵送模式或是管道泵送模式，其中气泡群的消解量都比较小。而选择翻斗车+预拌混凝土车模式输送，由于振动量比较大就会造成气泡大部分消解，从而影响泡沫轻质土内空气量与湿润度，减小泡沫轻质土的流动性。结合项目具体状况，并经过综合性研究确定泡沫轻质土选择泵送模式，由于泡沫轻质土的气泡较为稳定，以及材料分离产生的损耗，因此管道输送距离应≤500m。

3.4泡沫轻质土输送

基于泵送方式运输泡沫轻质土，尽管会出现气泡群消解现象，但极为微弱。此外，若基于翻斗车的方式展开运输作业，在此过程中伴随有明显的振动现象，会大幅提升气泡消解速度，直接改变了泡沫轻质土的使用状况，使其在空气含量、湿度等指标上都出现明显变化，轻质土的流动性将受到影响。立足于工程实际情况，最终选择的是泵送的方式，由于泡沫轻质土存在一定程度的分离损耗，需合理控制管道最大输送距离，此处将其设置为500m。从这一角度来看，拌制场所与施工现场的位置关系需足够合理，二者距离需在500m内，从而确保泡沫轻质土的稳定性。若施工情况较为特殊，无法满足该距离要求时，需通过中继泵辅助施工。

3.5浇筑成型

（1）在浇筑轻质土之前，应该预支混凝土面板，基础部位应该提前预埋保护面板，此外还应该结合轻质土的厚度来装置保护面板。（2）在浇筑轻质土之前，应该以分块浇筑区域为单元对基底部位进行检查，在基底清理干净，不存在杂物和明显积水的情况下进行后续施工。（3）在制作泡沫轻质土的过程中，发泡设备应优先选择使用发泡剂与压缩空气混合的高性能设备，杜绝施工现场直接搅拌生成泡沫，以免对后续的施工质量造成影响。（4）泡沫轻质土施工过程中的要求应该符合以下几方面要求：①施工现场必须配备发泡剂、压缩空气计量设备，保证发泡剂的视密度满足实际施工的需求，在检测不合格的情况下，应该借助调节设备对泡沫轻质土的视密度进行调整，以达到设计要求；②原材料输送设备的输送流量最低标准为90m3/h，确保施工过程中的效率，且还应该保证单块区域的浇筑时间不会超出水泥浆的初凝时间。结合实际情况而言，单块浇筑区域的时间不得超过水泥浆的初凝时间，水泥浆的初凝时间一般都是保持在3-4h。其他注意事项如下：①单块浇筑区域的长度应该保持在10-20m，整体面积应该控制在400m2以下；②浇筑完成的泡沫轻质土应该按照10-20m间隔设置沉降缝，沉降缝应使用夹板进行处理，夹板的厚度不得超过2cm；③泡沫轻质土应分层浇筑，单层浇筑的厚度保持在0.3-1.0m比较合适；④单块浇筑区域应一次性完成浇筑，泡沫轻质土的浇筑时间必须控制在水泥浆的初凝时间以内。

3.6碾压

碾压紧跟摊铺作业，尽可能缩短中途间隔时间，且必须在路面温度下降至120℃前将碾压工作落实到位，否则易影响超薄磨耗层的整体施工质量。碾压作业以静压的方式为主，经碾压处理后，提高超薄磨耗层的密实度。碾压后，对现场情况做详细的检查并加强防护，使摊铺层以自然冷却的方式降温，若内部混合料的温度在50℃以内并且无其它质量问题，则可以开放交通。

3.7养护与维护

（1）结束浇筑施工后，随即利用塑料膜覆盖，通过保湿养护的方法全面确保施工质量。在条件允许时，也可采取无纺土工布覆盖的方式，同时洒水养护，此环节至少持续7d。（2）关于路基顶部路面的施工作业，在此过程中不可出现无关机械设备在该处行驶的情况。若部分地段较为特殊，不具备回避的条件时，有必要设置保护层，厚度至少达到50cm。同时需覆盖钢板，从而搭建临时便道，缓解对施工段的不良影响。

4泡沫轻质土施工的注意事项

（1）施工前应做好地表截排水，泡沫轻质土施工前须保证边坡平台平整无积水。（2）泡沫轻质土按水平分层浇筑施工，每层厚度应小于1m。浇筑时，须从软管的前端直接浇筑，且出料口要埋入轻质土中。（3）泡沫轻质土浇筑完毕后，通过路基基层材料来调整纵、横断面坡度。同时须保证最小路面厚度不小于设计要求。（4）区段与区段之间须在泡沫轻质土、面板及其基础横断面设置沉降缝。沉降缝宽1cm，全断面填塞沥青木板或夹板。（5）应避免在雨天填筑。在轻质土尚未凝结硬化时，雨水会导致严重的消泡现象及水泥浆流失，使轻质土容重和抗压强度难以控制。其进行养护，通常采用表面洒水养护，安排专人负责，注意节约用水，养护时间控制在3d左右。如遇特殊高温天气或监理要求必须使用土工织物、塑料薄膜等材料覆盖养护时，可采用覆盖养护的方式。（6）泡沫轻质土顶面从下向上依次铺设铁丝网和防渗土工膜，待7d强度满足设计要求方可进行路面结构层施工。（7）轻质土顶层浇筑完成初凝后应开始对其进行养护，通常采用表面洒水养护，安排专人负责，注意节约用水，养护时间控制在3d左右。如遇特殊高温天气或监理要求必须使用土工织物、塑料薄膜等材料覆盖养护时，可采用覆盖养护的方式。（8）泡沫轻质土顶面从下向上依次铺设铁丝网和防渗土工膜，待7d强度满足设计要求方可进行路面结构层施工。（9）钢筋网按图示位置和宽度水平铺设，无需锚固在面板中。需接长时，纵断面方向搭接30cm，横断面不搭接。

结语

路基施工是整个道路工程的基础环节，但会对整体质量带来直接影响。在此背景下，泡沫轻质土的优势便发挥出来，将其应用于路基施工中，可显著提升路基稳定性，经合理的配比等多项技术手段后，可为路基质量提供保障，推动公路工程项目的发展。

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